Примеры решения задач. Равновесие в гетерогенных системах

Равновесие в гетерогенных системах

Гетерогенные системы содержат, по меньшей мере, две фазы.

Равновесие, которое устанавливается между фазами при физических процессах перехода веществ из одной фазы в другую, называется фазовым равновесием.

Для описания фазового равновесия систем, содержащих жидкие и газообразные фазы, например система

2Н₂ (г) + О₂ (г)⇄ 2Н₂О (ж),

применим закон действующих масс и принцип Ле Шателье. Однако для описания системы, изменяющей свои параметры необходим количественный закон, управляющий равновесием между фазами.

К общим законам гетерогенного равновесия относится правило фаз Гиббса: число степеней свободы системы равно числу независимых компонентов минус число фаз плюс число параметров системы.

Числом независимых компонентов (К) называется число веществ в системе, достаточное для образования всех фаз данной системы. Например, в системе

CaCO₃ (тв)⇄ СаО (тв) + CO₂ (г)

число компонентов 3, а число независимых компонентов 2.

Число степеней свободы системы (С) – это число независимых термодинамических параметров (n) (температура, давление, электрическое поле и др.), которые можно произвольно менять в некоторых пределах без изменения числа фаз в системе.

С = К ─ Ф + n.

(6.2.4)

На фазовое равновесие обычно влияют температура и давление, в этом случае n = 2 и правило фаз можно записать:

С = К ─ Ф + 2.

(6.2.5)

Диаграммы, по которым можно определить условия устойчивости фаз и фазового равновесия, называются диаграммами состояния. Для однокомпонентных систем правило фаз имеет вид:

С = 3 ─ Ф.

Однофазная система имеет две степени свободы (С = 2) и называется бивариантной. Двухфазная система имеет одну степень свободы (С = 1) и называется моновариантной, трёхфазная система не имеет степеней свободы (С = 0) и называется инвариантной.

Пример 1. Определить массу аммиака, объемом 1м³, который подвергнется разложению за 40 секунд, если реакция:

2NH_3(г) ⇄ N_{2 (г)} +3H_{2 (г)}

идет со скоростью 0,02 моль/л.

Решение

Запишем математическое выражение скорости гомогенной реакции:

Отсюда количество молей должно быть равно:

∆ n = υ · V · ∆τ = 0,02 · 1 · 40 = 0,8 моль.

По уравнению

0,8 · 2 = 1,6 моль,

тогда масса аммиака, подвергшегося разложению:

27,2 г

Пример 2. Записать кинетическое уравнение и вычислить, как изменяется скорость прямой реакции, если:

а) уменьшить давление в системе в 3 раза.

б) увеличить в 3 раза концентрацию вещества А.

2А _(г) + В _(г) ⇄ 3С _(г)

Дата добавления: 2014-11-06